5 осьті өңдеу арқылы тапсырыс бойынша металл бөлшектерді өндіру
5 осьті өңдеу арқылы тапсырыс бойынша металл бөлшектерді өндіру
Авторы:ПФТ, Шэньчжэнь
Аннотация:Жетілдірілген өндіріс аэроғарыш, медицина және энергетика салаларында барған сайын күрделі, жоғары дәлдіктегі металл компоненттерін талап етеді. Бұл талдау осы талаптарға сай қазіргі заманғы 5 осьті компьютерлік сандық басқарудың (CNC) өңдеу мүмкіндіктерін бағалайды. Күрделі дөңгелектер мен турбиналық қалақтарды көрсететін эталондық геометрияларды пайдалана отырып, аэроғарыштық титан (Ti-6Al-4V) және тот баспайтын болаттан (316L) 5 осьті дәстүрлі 3 осьті әдістермен салыстыру арқылы өңдеу сынақтары жүргізілді. Нәтижелер өңдеу уақытының 40-60%-ға қысқарғанын және 5 осьті өңдеу арқылы беттің кедір-бұдырлығын (Ra) 35%-ға дейін жақсартқанын көрсетеді, бұл орнатулардың азайтылуына және құралдың оңтайландырылған бағытына байланысты. ±0,025 мм рұқсат шегіндегі мүмкіндіктер үшін геометриялық дәлдік орта есеппен 28%-ға өсті. Алдын ала бағдарламалау тәжірибесі мен инвестицияны қажет ете отырып, 5 осьті өңдеу жоғары тиімділік пен әрлеумен бұрын орындалмайтын геометрияларды сенімді өндіруге мүмкіндік береді. Бұл мүмкіндіктер 5 осьті технологияны жоғары құнды, күрделі тапсырыс бойынша металл бөлшектерді жасау үшін маңызды етіп орналастырады.
1. Кіріспе
Аэроғарыш (жеңілірек, күштірек бөлшектерді қажет ететін), медициналық (биоүйлесімді, емделушіге арналған импланттарды қажет ететін) және энергия (сұйықтықты өңдейтін күрделі құрамдастарды қажет ететін) сияқты салалардағы өнімділікті оңтайландыруға арналған тынымсыз талпыныс металл бөліктерінің күрделілігінің шекараларын ығыстырып жіберді. Құралдың шектеулі қол жетімділігімен және бірнеше қажетті орнатулармен шектелген дәстүрлі 3 осьті CNC өңдеу күрделі контурлармен, терең қуыстармен және күрделі бұрыштарды қажет ететін мүмкіндіктермен күреседі. Бұл шектеулер дәлдіктің төмендеуіне, өндіру уақытының ұзаруына, жоғары шығындарға және дизайн шектеулеріне әкеледі. 2025 жылға қарай өте күрделі, дәл металл бөлшектерді тиімді өндіру мүмкіндігі енді сән-салтанат емес, бәсекеге қабілетті қажеттілік болып табылады. Үш сызықтық осьті (X, Y, Z) және екі айналу осін (A, B немесе C) бір уақытта басқаруды ұсынатын қазіргі заманғы 5 осьті CNC өңдеу трансформациялық шешімді ұсынады. Бұл технология кескіш құралға дайындамаға іс жүзінде кез келген бағытта бір рет орнатуда жақындауға мүмкіндік береді, 3 осьті өңдеуге тән қол жеткізу шектеулерін түбегейлі еңсереді. Бұл мақала арнайы мүмкіндіктерді, сандық артықшылықтарды және тапсырыс бойынша металл бөлшектерді өндіру үшін 5 осьті өңдеудің практикалық іске асыру мәселелерін қарастырады.
2. Әдістер
2.1 Дизайн және салыстыру
Екі эталондық бөлік Siemens NX CAD бағдарламалық құралының көмегімен әзірленді, олар тапсырыстық өндірістегі жалпы қиындықтарды қамтиды:
Дөңгелек:Жоғары пропорциялары және тығыз саңылаулары бар күрделі, бұралған пышақтарды ұсынады.
Турбиналық қалақ:Құрама қисықтықтарды, жұқа қабырғаларды және дәл орнату беттерін біріктіреді.
Бұл конструкциялар 3 осьті өңдеудің шектеулеріне арнайы бағытталған ортогональды емес құралға қол жеткізуді талап ететін астыңғы кесінділерді, терең қалталарды және мүмкіндіктерді әдейі біріктірді.
2.2 Материалдар мен жабдықтар
Материалдар:Аэроғарыштық дәрежедегі титан (Ti-6Al-4V, күйдірген күйі) және 316L баспайтын болат талап етілетін қолданбаларға сәйкестігі және ерекше өңдеу сипаттамалары үшін таңдалды.
Машиналар:
5-ось:DMG MORI DMU 65 monoBLOCK (Heidenhain TNC 640 басқару).
3-ось:HAAS VF-4SS (HAAS NGC басқару).
Құралдар:Кедір-бұдыр және әрлеу үшін Kennametal және Sandvik Coromant фирмаларының қапталған қатты карбидті шеткі диірмендері (әртүрлі диаметрлі, шарикті және тегіс ұшты) пайдаланылды. Кесу параметрлері (жылдамдық, беріліс, кесу тереңдігі) құрал өндірушісінің ұсыныстарын және бақыланатын сынақ кесулерін пайдалана отырып, материал мен машина мүмкіндіктеріне қарай оңтайландырылған.
Жұмыс көлемі:Арнайы, дәл өңделген модульдік қондырғылар екі машина түрі үшін де қатты қысқышты және қайталанатын орынды қамтамасыз етті. 3 осьті сынақтар үшін айналуды қажет ететін бөлшектер әдеттегі цех тәжірибесін модельдейтін дәлдіктегі дюбельдер арқылы қолмен қайта орналастырылды. 5 осьті сынақтар бір қондырғының орнатуында машинаның толық айналу мүмкіндігін пайдаланды.
2.3 Деректерді жинау және талдау
Цикл уақыты:Тікелей машина таймерлерінен өлшенеді.
Бетінің кедір-бұдырлығы (Ra):Mitutoyo Surftest SJ-410 профильометрі арқылы бір бөлікке бес маңызды жерде өлшенеді. Материал/машина комбинациясы үшін үш бөлік өңделді.
Геометриялық дәлдік:Zeiss CONTURA G2 координаттарды өлшейтін құрылғы (CMM) арқылы сканерленген. Критикалық өлшемдер мен геометриялық төзімділік (жазық, перпендикулярлық, профиль) АЖЖ үлгілерімен салыстырылды.
Статистикалық талдау:Цикл уақыты мен Ra өлшемдері үшін орташа мәндер мен стандартты ауытқулар есептелді. CMM деректері номиналды өлшемдерден және төзімділік сәйкестік көрсеткіштерінен ауытқу үшін талданды.
1-кесте: Экспериментті орнатудың қорытындысы
| Элемент | 5-осьтік орнату | 3-осьтік орнату |
|---|---|---|
| Машина | DMG MORI DMU 65 monoBLOCK (5-ось) | HAAS VF-4SS (3-ось) |
| Бекіту | Жеке реттелетін арматура | Жалғыз реттелетін арматура + қолмен айналдыру |
| Орнатулар саны | 1 | 3 (дөңгелек), 4 (турбиналық қалақ) |
| CAM бағдарламалық құралы | Siemens NX CAM (Көп осьті құралдар жолдары) | Siemens NX CAM (3 осьті құралдар жолдары) |
| Өлшеу | Mitutoyo SJ-410 (Ra), Zeiss CMM (Гео.) | Mitutoyo SJ-410 (Ra), Zeiss CMM (Гео.) |
3. Нәтижелер және талдау
3.1 Тиімділікті арттыру
5 осьті өңдеу уақытты айтарлықтай үнемдеуді көрсетті. Титан дөңгелегі үшін 5 осьті өңдеу цикл уақытын 3 осьті өңдеумен салыстырғанда 58%-ға қысқартты (2,1 сағатқа қарсы 5,0 сағат). Тот баспайтын болаттан жасалған турбинаның қалақшасы 42%-ға қысқарды (3,1 сағатқа қарсы 1,8 сағат). Бұл табыстар, ең алдымен, бірнеше орнатуларды және онымен байланысты қолмен өңдеу/қайта бекіту уақытын жою және оңтайландырылған құрал бағдарының арқасында ұзағырақ, үздіксіз кесулермен неғұрлым тиімді құралдар жолдарын қосу нәтижесінде болды.
3.2 Беттің сапасын жақсарту
Бетінің кедір-бұдырлығы (Ra) 5 осьті өңдеу арқылы тұрақты түрде жақсарды. Титан доңғалақтарының күрделі қалақ беттерінде орташа Ra мәндері 32%-ға төмендеді (0,8 мкм-ге қарсы 1,18 мкм). Ұқсас жақсартулар тот баспайтын болаттан жасалған турбиналық қалақтарда да байқалды (Ra 35%-ға төмендеді, орташа есеппен 0,65 мкм-ге қарсы 1,0 мкм). Бұл жақсарту тұрақты, оңтайлы кесу жанасу бұрышын сақтау мүмкіндігімен және қысқа құрал ұзартуларында жақсырақ қаттылық арқылы құралдың дірілін азайтумен байланысты.
3.3 Геометриялық дәлдікті арттыру
CMM талдауы 5 осьті өңдеумен жоғары геометриялық дәлдікті растады. Қатаң ±0,025 мм төзімділік шегінде сақталатын маңызды функциялардың пайызы айтарлықтай өсті: титан жұмыс доңғалағы үшін 30%-ға (62%-ға қарсы 92% сәйкестікке қол жеткізу) және тот баспайтын болаттан жасалған қалақ үшін 26%-ға (63%-ға қарсы 89% сәйкестікке қол жеткізу). Бұл жақсарту 3 осьті процесте қажет бірнеше орнатулар және қолмен қайта орналастыру арқылы енгізілген жинақталған қателерді жоюдан тікелей туындайды. Құрама бұрыштарды талап ететін мүмкіндіктер дәлдіктің ең керемет жетістіктерін көрсетті.
*1-сурет: Салыстырмалы өнімділік көрсеткіштері (5-ось және 3-ось)*
4. Талқылау
Нәтижелер күрделі тапсырыс бойынша металл бөлшектері үшін 5 осьті өңдеудің техникалық артықшылықтарын айқын көрсетеді. Цикл уақытының айтарлықтай қысқаруы тікелей бөлшек құнының төмендеуіне және өндіріс қуатының артуына әкеледі. Жақсартылған бетті өңдеу қолмен жылтырату, шығындарды және өңдеу уақытын одан әрі төмендетеді, сонымен қатар бөлшектердің консистенциясын жақсартады. Геометриялық дәлдіктегі секіріс аэроғарыш қозғалтқыштары немесе медициналық имплантаттар сияқты өнімділігі жоғары қолданбалар үшін өте маңызды, мұнда бөлшектердің қызметі мен қауіпсіздігі маңызды.
Бұл артықшылықтар, ең алдымен, 5 осьті өңдеудің негізгі мүмкіндігінен туындайды: бір реттік өңдеуге мүмкіндік беретін бір уақытта көп осьті қозғалыс. Бұл орнатудан туындаған қателерді және өңдеу уақытын жояды. Бұдан басқа, құралдың үздіксіз оңтайлы бағдарлануы (жақсы жоңқаның мінсіз жүктемесін және кесу күштерін сақтау) беттің әрлеуін жақсартады және жылдамдықты арттыруға ықпал ететін құралдың қаттылығы мүмкіндік беретін агрессивті өңдеу стратегияларына мүмкіндік береді.
Дегенмен, практикалық асырап алу шектеулерді мойындауды талап етеді. Қабілетті 5 осьті станок пен сәйкес құрал-сайманға арналған күрделі салым 3 осьті жабдыққа қарағанда айтарлықтай жоғары. Бағдарламалау күрделілігі экспоненциалды түрде артады; тиімді, соқтығыспайтын 5 осьті аспап жолын жасау жоғары білікті CAM бағдарламашыларын және күрделі бағдарламалық жасақтаманы талап етеді. Модельдеу және тексеру өңдеуден бұрын міндетті қадамдарға айналады. Бекіту қаттылықты және толық айналмалы қозғалыс үшін жеткілікті бос орынды қамтамасыз етуі керек. Бұл факторлар операторлар мен бағдарламашыларға қажетті біліктілік деңгейін жоғарылатады.
Практикалық салдары анық: 5 осьті өңдеу жоғары құнды, күрделі құрамдас бөліктер үшін өте жақсы, мұнда оның жылдамдығы, сапасы және мүмкіндігі бойынша артықшылықтары операциялық үстеме шығындар мен инвестицияны ақтайды. Қарапайым бөлшектер үшін 3 осьті өңдеу үнемді болып қала береді. Сәттілік сенімді CAM және модельдеу құралдарымен бірге технологияға да, білікті мамандарға да инвестиция салуға байланысты. Дизайн, өндірістік инженерия және машина жасау цехы арасындағы ерте ынтымақтастық 5 осьтік мүмкіндіктерді өндіруге арналған бөлшектерді (DFM) жобалау кезінде толық пайдалану үшін өте маңызды.
5. Қорытынды
Заманауи 5 осьті CNC өңдеу дәстүрлі 3 осьті әдістермен салыстырғанда күрделі, жоғары дәлдіктегі тапсырыстық металл бөлшектерін өндіру үшін керемет шешім ұсынады. Негізгі тұжырымдар растайды:
Маңызды тиімділік:Бір реттік өңдеу және оңтайландырылған құрал жолдары арқылы цикл уақытын 40-60% қысқарту.
Жақсартылған сапа:Құралдың оңтайлы бағыты мен жанасуының арқасында беттің кедір-бұдырлығы (Ra) 35%-ға дейін жақсарды.
Жоғары дәлдік:±0,025 мм шегінде маңызды геометриялық рұқсаттарды ұстаудың орташа 28%-ға артуы, көптеген орнатулардағы қателерді жояды.
Технология аэроғарыш, медицина және энергетика секторларының дамып келе жатқан талаптарын тікелей қанағаттандыра отырып, 3 осьті өңдеу арқылы мүмкін емес немесе мүмкін емес күрделі геометрияларды (терең қуыстар, астыңғы кесулер, құрама қисық сызықтар) жасауға мүмкіндік береді.
5 осьтік мүмкіндікке инвестицияның қайтарымдылығын арттыру үшін өндірушілер дәлдік пен жеткізу уақыты маңызды бәсекелестік факторлар болып табылатын күрделілігі жоғары, құнды бөлшектерге назар аударуы керек. Болашақ жұмыс нақты уақыт режимінде сапаны бақылау және тұйық циклді өңдеу үшін 5 осьті өңдеуді процесс ішіндегі метрологиямен біріктіруді, дәлдікті одан әрі арттыруды және сынықтарды азайтуды зерттеуі керек. Inconel немесе шыңдалған болаттар сияқты өңдеу қиын материалдар үшін 5 осьтік икемділікті қолдана отырып, бейімделген өңдеу стратегияларын зерттеуді жалғастыру да құнды бағыт болып табылады.
